TiO2的结构性能及应用.ppt

TiO2的结构性能及应用 导 师：cc授 主 讲 人： cc 目 录 01 02 03 04 TiO2晶体结构 TiO2光催化性及超亲水性 TiO2能带结构 TiO2的应用 1.1 TiO2晶体结构 ◆ 二氧化钛（化学式： TiO2 ）晶型有三种：板钛矿、锐钛矿、金红石 ◆ TiO2的晶体结构取决于[TiO6]八面体是如何连接的 图1 [TiO6]八面体的连接方式 ◆ 锐钛矿结构是由[TiO6]八面体共顶点组成，而金红石和板钛矿结构则是 由[TiO6] 八面体共顶点且共边组成 a 共边b 共顶 - 1 - 金红石结构为四方晶系 一个晶胞分子数为：2 O2- 作变形的六方紧密堆积 Ti4+填充于八面体空隙中 占空隙的1/2 O2- 配位数：3,形成[OTi3]平面三角元 Ti4+配位数：6，形成[TiO6]八面体 1.2 金红石型晶体结构 图2 金红石的晶体结构 板钛矿的晶体结构与金红石的晶体结构类似，锐钛矿由于[TiO6]八面体 的畸变最大，对称性高于板钛矿，而产生不同的性质 - 2 - 030201 金红石型的TiO2 在三种晶型结构 中最稳定，其相 对密度和折射率 较大，具有很高 的分散光射线的 本领和很强的遮 盖力和着色力 锐钛矿型结构不如 金红石稳定，但其 光催化活性和超亲 水性较高，常用作 光催化剂 板钛矿型结构 最不稳，是一 种亚稳相 ，很 少被直接应用 1.3 TiO2性质 - 3 - ◆ TiO2是一种宽禁带半导体，有能带结构一般由填满电子的低能价带(VB) 和空的高能价带(CB)构成，价带和导带之间存在禁带，如图3。

2.1 TiO2能带结构 图3 能带结构 - 4 - ◆ TiO2半导体的禁带宽度较大，金红石型TiO2的禁带宽度为3.0ev，锐钛矿 型TiO2的禁带宽度为3.2ev ◆ 半导体的吸收阈值λg与禁带宽度Eg有密切的关系，关系式为： λg(nm)=1240/Eg(ev) 根据公式，锐钛矿对应催化所需入射的最大波长为387nm ◆ 半导体的禁带宽度越大，则对应产生的光生电子和空穴的氧化还原电极电 势越高 ◆ TiO2的能带位置与被吸附物质的还原电势，决定了其光催化反应的能力 2.2 TiO2能带结构 - 5 - ◆ TiO2是一种n型半导体，其光催化能力可以用能带结构来解释 3.1 TiO2光催化性 光源（紫外线hv ）387nm 图4 光催化机理示意图 ◆当用λ小于或等于387nm的紫 外光照射锐钛矿TiO2时，价带 上的电子（e-）将被击激发迁 跃至导带，并在价带上产生相 应的空穴（h+）形成光生电子- 空穴对（e-h+）这些光激发 产生的电子-空穴对有的在短时 间内发生了复合，有的在能量 的作用下分离并迁移到 TiO2表 面的各个位置，与吸附在表面 的物质发生了氧化还原反应 其反应机理如图4。

- 6 - 3.2 TiO2光催化性 ◆ TiO2具体的光催化机理如下： - 7 - ◆概述：紫外线照射TiO2薄膜使其产生了超亲水特性，将其放在黑暗中较长 一段时间，水接触角变大，逐渐趋向疏水状态，重新用紫外光照射，薄膜又 变为亲水状态 3.3 TiO2超亲水性 ◆ 最初认为，TiO2薄膜表现出超亲水性是因为薄膜表面吸附有机物分子的光 催化分解反应而产生 ◆有机物属于疏水性物质，TiO2薄膜本身的化学吸附是亲水性，而吸附空气 中的疏水性有机物表现出疏水性然后，经过紫外光照射，表面的疏水性有 机物被分解，从而薄膜重新表现出超亲水性状态；停止照射后，薄膜又会继 续吸附空气中的有机物而表现出疏水性状态 - 8 - ◆现在研究表明，光致超亲水现象是 TiO2表面本身光诱发的另一种反应其机 理如图5 3.4 TiO2超亲水性机理 图5 TiO2薄膜光诱导超亲水机理 - 9 - 01 抗菌除臭:光催化剂对大多数细菌都有抑制和灭 杀作用，如大肠杆菌等 02 降解有机物：分解废水中大量有机物，如染料、 烷烃、表面活性剂等 03 04 废气净化：利用TiO2光催化氧化反应，可将 汽车尾气排出的NOx或SOx进行无害化分解 05 光解水制备氢气 4.2 TiO2材料光催化性的应用 -6- 还原降解重金属离子：TiO2表面的光生电子还原 与其接触的重金属离子，以达到还原降解的目 的。

- 10 - 01 在镜子、眼睛和挡风玻璃等上应用，使玻璃表面具有超 亲水性当空气中是水蒸气在玻璃表面凝结后，会形成 一层水膜铺在薄膜表面，其能阻止各种有机或者无机污 染物直接接触薄膜表面，从而使膜保持良好的自洁功 能 4.1 TiO2材料超亲水性的应用 ◆由于TiO2材料超亲水性能，使其具备防雾自洁的功能，因而被广泛 的应用 02 在不方便清洁的建筑物玻璃、外墙或者汽车玻璃等方面 等上应用，将 TiO2超亲水薄膜应用到这些玻璃上，可 以有效发挥其防雾功能，减小人们的困扰 - 11 - 水热法 液相法 溶胶凝胶法 非水解溶解凝胶法 化学沉淀法 气相法 化学气相沉积法 物理气相沉积法: 磁控溅射、直流溅射法及过滤弧沉积等方法 二 氧 化 钛 材 料 制 备 方 法 5.1 TiO2材料制备方法 - 12 - 谢谢大家 请老师同学们批评指正! 。